Ohita navigaatiot ja siirry sisältöön

tervesuomi.fi

Apunavigaatio

Apunavigaatio

(tidningsartikel)

Geneettisen tutkimuksen menetelmäarsenaalin uutuuksia

  • Palotie, Leena
Julkaistu 10.1.2004

Geneettisen tutkimuksen menetelmäarsenaalinuutuuksia

 

Geneettisen tutkimuksen menetelmäarsenaalin uutuuksia
Leena Palotie, Janna Saarela, Juha Saharinen
KTL, Molekyyliääketieteen osasto

Lähes jokainen molekyylibiologi osaa yleisimpien bioinformatiikan menetelmien perustiedot ja käyttää niitä. Tehokkaiden ehkäisy- ja hoitomuotojen kehittämiseen päästään vasta, kun koko solun ja eri kudosten toiminta ymmärretään.

Geenisirujen englanninkielinen nimi microarray mikroskooppisen pieni järjestetty kokoelma kuvaa osuvasti näiden geenitekniikan uusien työvälineiden ominaisuuksia. Geenisirut ovat kokoelma tuhansia, jopa kymmeniätuhansia DNA-juosteita, jotka on siirretty tunnettuun järjestykseen hyvin pienelle alustalle. Geenisirujen valmistamiseen käytetään kahta pääasiallista menetelmää; DNA-juosteet syntetisoidaan suoraan lasilevylle haluttuun paikkaan (fotolitografia) tai niiden siirtämiseen mikrotiiterilevyltä lasille käytetään erikoisvalmisteista, ns. geenisirurobottia. Erityisvaatimuksia robotille asettaa tarve siirtää alle nanolitran (miljoonasosa ml) suuruisia tilavuuksia nestettä mikrometrien (tuhannesosa mm) tarkkuudella suunniteltuun paikkaan.
 

Koko perimän analyysi yhdessä sirussa

Eniten geenisiruja on hyödynnetty haluttaessa analysoida tuhansien geenien luentaa yhdessa kokeessa. Puhutaan ekspression-siruista. Tällöin tutkittava näyte on kudos- tai solunäytteen RNA:ta. Sitä analysoimalla voidaan selvittää esimerkiksi mitkä geenit käyvät ylikierroksilla syöpäkasvaimessa tai minkä geenien ilmenemisessä tapahtuu muutoksia kun soluja käsitellään erilaisilla lääkeaineilla. Muun muassa rintasyövän suhteen on kyetty tunnistaman geenejä, joiden ilmenemisessä tapahtuvat muutokset antaisivat tietoa potilaan ennusteesta tai hänen syöpämuotonsa vasteesta erilaisille hoidoille. Yhden geenisirun analysoinnilla selviää nyt kahdessa päivässä sama asia, jonka selvittämiseen aiemmin tarvittiin jopa tuhansien yksittäisten geenien analyysit.

DNA-siruja käytetään myös perimässä esiintyvien yksilöllisten yhden nukleotidin variaatioiden (SNP) analysointiin. SNP-sirujen avulla voidaan määrittää kymmenistä näytteistä useita perimän vaihteluita samanaikaisesti, jolloin sekä kustannukset että näyte-DNA:n kulutus saadaan pienemmiksi. Tällaisen sirun avulla voidaan tunnistaa tautigeenien kantajat ja niiden avulla piirtyvät näkyviin yksilölliset geeniprofiilimme. Sekä geeniluennan seuraamiseen että geeniprofiilien tunnistamiseen tarjoaa KTL:n ja Helsingin yliopiston yhdessä pystyttämä Biosiru-yksikkö Biomedicumissa luotettavat välineet ja korkeatasoisen asiantuntemuksen. 
 

Yksilölliset variaatiot ja geneettinen tausta

Perimän yksilöllisten variaatioiden analysointi suurissa väestoaineistoissa on tällä hetkellä yksi tärkeimmistä keinoista pyrittäessä selvittämään yleisten, monitekijäisten sairauksien geneettistä taustaa. Tästä syystä uusien, entistä halvempien ja suuremman genotyypityskapasiteetin omaavien kaupallisten menetelmien kehittäminen on hyvin aktiivista. Kansanterveyslaitoksen ja Suomen Genomikeskuksen yhteiseen käyttöön on saatu viime syksynä SNP-genotyypityslaite, jossa yhden nukleotidin aiheuttama massan muutos riittää erottamaan genotyypit toisistaan. Laitteen massiivinen, yli 15 000 genotyypin päiväkapasiteetti ei ole vielä täydessä käytössä, ja vaatiikin nykyhinnoilla melkoista investointia. Tarvitaan vielä menetelmäkehitystä, jolla genotyypin hinta saadaan putoamaan ainakin 1/20 osaan nykyisestä, jotta koko ihmisgenominlaajuisen SNP-variaatioanalyysin tekeminen riittävän suuresta näytemateriaalista olisi akateemisille tutkimusryhmille järkevää. Muutaman vuoden sisällä yksilöllisten geeniprofiilien määritys on varmasti jo varsin rutiininomaista tutkimustoimintaa.  
 

Satojen kudosanalyysit yhdellä biosirulla

Myös muuta kuin DNA:ta tai RNA:ta voidaan analysoida biologisten sirujen avulla. Patologisten arkistojen arvokkaat parafiininäytteet saadaan tehokkaaseen käyttöön tekemällä niistä kudossiruja: sadoista eri parafiiniblokeista valitaan edustavat, parin millimetrin suuruinen otokset, jotka poimitaan talteen erikoisvalmisteisella neulatyökalulla ja kootaan uudeksi kudossirublokiksi. Tästä kokoomablokista voidaan leikata tuhansia siivuja normaalien kudosnäytteiden tapaan, joissa jokaisessa ovat edustettuina sadat alkuperäiset näytteet. Kudossiruilla voidaan tutkia RNA:ta, DNA:ta ja proteiineja monin eri biokemiallisin menetelmin ja saada nopeasti kokonaiskäsitys vaikkapa syöpäkudoksen proteiinien muutoksista sadoilla potilailla.  

Uusimpina jäseninä siruperheeseen ovat liittyneet solusirut, joiden avulla voidaan tutkia vaikkapa erilaisten DNA- tai RNA-molekyylien vaikutuksia eläviin soluihin. Tällöin sirulasille siirretään tavallisesti cDNA-klooneja, joiden päälle tutkittavat solut viljellään ja solujen reaktioita näihin DNA-molekyyleihin mitataan erilaisin menetelmin. 
 

Geneettisestä tiedosta biologian ymmärtämiseen

Bioinformatiikka on uusi poikkitieteellinen ala, joka on syntynyt tarpeesta kehittää tehokkaita menetelmiä valtavasti kasvavan biologisen tietomäärän varastointiin ja analysointiin osana nykyaikaista geneettistä tutkimusta. 

Nykyisin tunnetaan useiden satojen eri eliöiden perimät, niiden joukossa muun muassa ihmisen ja hiiren perimän yksityiskohtainen emäsjärjestys. Kuitenkin vain näiden sekvenssitietokantojen tehokas analysointi bioinformatiikan välinein tuottaa uutta tietoa massiivisesta nukleotidien kirjainpuurosta. Esimerkiksi ihmisen genomin reilun kolmen miljardin emäsparin joukosta on löydettävä alueet, jotka koodaavat toiminnallisia geenejä tai geenien säätelyalueita. Bioinformatiikan menetelmiä hyväksikäyttäen eri eliöiden läpiluetuista perimistä on pyritty ennustamaan kaikki tutkittavan eliön geenit.

Suurin osa ihmisen noin 30 000 geenistä voi ilmentyä eri muodoissa, esimerkiksi eri kudoksissa tai kehityksen eri vaiheissa. Tätä yksittäisten geenien monimuotoisuutta kutsutaan vaihtoehtoiseksi silmukoinniksi (engl. alternative splicing), jolloin geenien proteiineja koodaavat osat, niin kutsutut eksonit, ilmentyvät erilaisina yhdistelminä. Vaihtoehtoisen kuroutumisen avulla ihmisen 30000 geenin biologiset vaikutukset voivat täten moninkertaistua. Yksittäisten geenien nerokkaampi luenta ihmisen soluissa selittääkin eromme vaikkapa laakamatoon tai banaanikärpäseen, joiden perimän geenisanojen lukumäärä on vain hiukan ihmisen geenien lukumäärää pienempi. Bioinformatiikan avulla pyritään ennustamaan eliöiden perimästä kaikki geenien proteiineja koodaavat alueet, se mahdollistaa näiden ennen tuntemattomien toimintojen tunnistamisen.
 
Bioinformatiikan keinoilla voidaan vertailla eliölajien perimiä, etsiä geneettisiä variaatioita saman lajin sisällä ja ennustaa geenien koodaamien proteiinien funktionaalisuuksia. Vertailemalla eri eliölajien perimää, voidaan saada tietoa sairauksien takana olevista syistä, esimerkiksi miksi ihmisen lähisukulaisen, gorillan, alttius sairastua AIDS:iin on hyvin pieni tai miksi vain tietyt hyttyslajit pystyvät levittämään malarialoisiota
 

MPSS miljoonia datapisteitä

Ylläkuvatuilla mikrosirumenetelmillä tuotettujen kymmenientuhansien sekä mikrosirujakin uudemman, niin kutsutun MPSS (massively parallel signature sequencing) -tekniikan miljoonien datapisteiden analysoimiseksi bioinformatiikan menetelmien kehitystyö on ollut välttämätöntä. MPSS-tekniikalla pystytään havainnoimaan kaikki tutkitun kudoksen ilmentyvät geenit (kudoksen transkriptomi) ilman, että näitä geenejä olisi etukäteen tarvinnut tietää, kuten on asian laita mikrosiruja käytettäessä. Näiden eri menetelmillä saatujen tulosten analysointiin on tuotettu viime vuosina joukko erilaisia ryhmittelymenetelmiä (engl. clustering), jotka soveltavat muun muassa niin sanottua hermoverkko-strategiaa (engl. neural networks) ja itseoppivia karttoja (engl. self-organizing maps). Tutkijoiden unelmana on näitä uusia laboratoriomenetelmiä ja bioinformatiikan analyysitapoja hyödyntäen ymmärtää yhä tarkemmin koko solun ja eri kudosten toimintaa normaalissa ja erilaisissa tautitiloissa. Vasta tällöin päästään tehokkaiden hoitojen ja ehkäisymuotojen kehittämiseen. 

Tällä hetkellä lähes jokainen molekyylibiologi osaa perustiedot yleisimmistä bioinformatiikan menetelmistä ja käyttää niitä erilaisten geneettisten sekä solu- ja molekyylibiologisten ongelmiensa ratkaisuun. KTL onkin yhdessä Helsingin yliopiston kanssa pystyttämässä Biomedicumin Bioinformatiikka-yksikköä yhä paremmaksi. Yksikön palveluihin voi perehtyä sen kotisivulla: http://www.bioinfo.helsinki.fi/
 
Lehden aineistoa lainattaessa lähde on aina mainittava.
Takaisin sisällysluetteloon
© TerveSuomi.fi 2008About us